CÁC ĐẶC TRƯNG PLASMON VÀ TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ ĐIỆN TỬ TRONG GRAPHENE
Vật lý kỹ thuật
Luận án này tập trung nghiên cứu các đặc trưng plasmon và tính chất động lực học của hệ điện tử trong graphene, một vật liệu đang được chú trọng trong lĩnh vực plasmonics nhờ các thuộc tính ưu việt như bề dày mỏng, tương tác mạnh với ánh sáng, thời gian sống plasmon dài và khả năng điều khiển tần số plasmon. Nghiên cứu này nhằm mục đích cơ bản là hiểu rõ sự hình thành và các đặc trưng của plasmon trong hệ điện tử hai chiều của mạng tinh thể lục giác.
Mục tiêu chính của đề tài là khảo sát các tính chất động lực học của hệ electron dẫn trong màng graphene dưới các điều kiện tác động khác nhau của trường ngoài, làm sáng tỏ cơ chế hình thành và duy trì các trạng thái kích thích tập thể (plasmon), từ đó chỉ ra tiềm năng ứng dụng của graphene trong lĩnh vực nano-plasmonics. Đối tượng nghiên cứu là hệ electron hai chiều trong graphene thuần khiết ở các chế độ pha tạp khác nhau, với việc khảo sát tính chất động lực học trong các điều kiện môi trường đa dạng (nhiệt độ, nồng độ hạt tải, năng lượng kích thích) và xác định đặc trưng của các trạng thái kích thích tập thể.
Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết và mô phỏng vật liệu, sử dụng mô hình liên tục với phương trình Dirac cho hệ electron ở điều kiện nhiệt độ không tuyệt đối và pha tạp yếu. Các phép giải tích được áp dụng để xác định hàm điện môi và phổ tán sắc plasmon. Các tính toán số được phát triển để khảo sát hệ điện tử trong trường hợp tổng quát, có tính đến đặc điểm bất đẳng hướng của các mặt năng lượng và tính không trực giao của hệ hàm cơ sở. Tương tác electron-electron được xem xét trong gần đúng pha ngẫu nhiên (RPA) và mở rộng để kết hợp hiệu ứng trường địa phương (LFE).
Luận án đã giải quyết một bài toán vật lý cơ bản, góp phần làm sáng tỏ và hoàn thiện bức tranh vật lý về các tính chất điện tử và quang học của graphene. Các kết quả nghiên cứu chính bao gồm: khảo sát hệ thống các hiệu ứng của yếu tố nội tại (tính bất đẳng hướng mặt năng lượng) và yếu tố bên ngoài (nhiệt độ, pha tạp) lên sự hình thành và biểu hiện của phổ kích thích tập thể; phát hiện sự chi phối của tính không tương đương giữa các trạng thái trong hai thung lũng/nón Dirac tới sự hình thành và đặc trưng của các mode plasmon mới ở chế độ bước sóng dài; và mở rộng tính toán hàm điện môi để tính đến hiệu ứng trường địa phương (LFE) để nghiên cứu đặc trưng plasmon của graphene trong chế độ bước sóng ngắn. Các kết quả này đã được công bố trên hai bài báo ISI vào năm 2014 và 2016, hứa hẹn đóng góp vào nhận thức chung về vật lý của graphene và tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực công nghệ cao.